01.08.2021
Grafik zur Optimierung der Eigenschaften von Ultrahochfestem Beton

Proben: (1) poliert, (2) nach & (3) vor Hydrothermalbehandlung (HT); Mineralphasenanalyse: (A) Vergleich Oberfläche/Kern, (B) Dauer der HT (BAM, 7.1)

Quelle: BAM Fachbereich Baustoffe

Gelingt es, Baustoffe in ihren Eigenschaften zu optimieren, kann dies zu Einsparungen von Ressourcen und Energie beitragen. Studien zeigen, dass die guten Festigkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften von ultrahochfestem Beton (UHPC) durch eine thermische Behandlung weiter verbessert werden können. Ursächlich sind Änderungen im Mineralphasenbestand des künstlichen Steins Beton. Während die Festigkeitssteigerung bei der reinen thermischen Behandlung auf eine verstärkte puzzolanische und hydraulische Reaktion zurückgeführt wird, wurde sie bei Anwendung einer kombinierten Druck- und Temperaturbehandlung in früheren Analysen meist der Bildung der Mineralphase Tobermorit zugeschrieben. In der vorliegenden Untersuchung wurde die thermische und hydrothermale Behandlung von kleinformatigen UHPC-Proben systematisch variiert und die Phasenbildung mittels Röntgendiffraktometrie, bezogen auf die Festigkeitsentwicklung einer Referenzprobe, analysiert. Für die thermische Behandlung zeigen die Ergebnisse, dass die Festigkeitssteigerung von der Verfügbarkeit von Wasser und damit vom Austrocknungsschutz abhängt und auf eine verbesserte puzzolanische Reaktion der silikatischen Füllstoffe zurückzuführen ist. Um einen deutlichen Anstieg der Druckfestigkeit zu erreichen, ist eine ausreichende Vorlagerung vor Durchführung der Wärmebehandlung und eine lange Verweilzeit bei erhöhter Temperatur erforderlich. Bei der hydrothermalen Behandlung führt bereits das Erhitzen der Proben auf 185 °C in Sattdampf und anschließendes sofortiges Abkühlen zu einer deutlichen Erhöhung der Druckfestigkeit. Die Vorlagerungszeit hat in diesem Fall das Ergebnis nicht beeinflusst, solange ein Minimum von mehreren Stunden garantiert ist. Die verbesserte Leistung ist auf eine Zunahme der puzzolanischen und hydraulischen Reaktion der Klinkerphasen zurückzuführen. Die Tatsache, dass auch nach einer sehr langen Hydrothermalbehandlung noch unreagierte Klinkerphasen im Baustoff zu finden sind, ist ein deutliches Zeichen, dass auch hier die Verfügbarkeit von Wasser der limitierende Faktor für die Phasenumwandlung ist. Überraschenderweise wurde Tobermorit nur in einer sehr dünnen Schicht an der Oberfläche der Probe gefunden. Sulfat und Aluminium aus der Zersetzung des Ettringits werden in den neu gebildeten Phasen Hydroxylellestadit und Hydrogranat gebunden. Kann in weiteren Studien belegt werden, dass diese Bindung dauerhaft ist, könnte dies zukünftig den verstärkten Einsatz sulfathaltiger Rohstoffe erlauben.

Thermal and hydrothermal treatment of UHPC: influence of the process parameters on the phase composition of ultra-high performance concrete
Julia von Werder, Sebastian Simon, André Gardei, P. Fontana, Birgit Meng
veröffentlicht in Materials and Structures, Vol. 54, Issue 1, Article 44, 2021
BAM Fachbereich Baustoffe und Fachbereich Baustofftechnologie